DE102008016074B4 - Light-emitting semiconductor device with transparent multi-layer electrodes - Google Patents
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Abstract
Licht emittierendes Halbleiterbauteil (10, 20) mit:
einem Substrat (11, 21);
einer Halbleiterepitaxieschicht (12, 22) auf dem Substrat (11, 21), mit einer von diesem entfernten Außenfläche;
einer ersten transparenten, leitenden Schicht (1301, 2301) auf der Außenfläche der Halbleiterepitaxieschicht (12, 22), mit einer ersten Oberfläche;
einer zweiten transparenten, leitenden Schicht (1302, 2302) auf der ersten transparenten, leitenden Schicht (1301, 2301), und mit einer zweiten Oberfläche; und
einer ersten Verbindung (14, 24) auf der zweiten transparenten, leitenden Schicht (1302, 2302) mit einer dritten Oberfläche;
wobei die Fläche der zweiten Oberfläche kleiner als die der ersten Oberfläche ist und von den optischen und elektrischen Eigenschaften der zweiten transparenten, leitenden Schicht (1302, 2302) mindestens eine verschieden von denen der ersten transparenten, leitenden Schicht (1301, 2301) ist; und
wobei die Fläche der zweiten Oberfläche größer ist als die der dritten Oberfläche,
wobei eine Dicke der zweiten transparenten, leitenden Schicht (1302, 2302) kleiner als eine Oberflächenrauigkeit der ersten transparenten, leitenden Schicht (1301, 2301) ist.
Light-emitting semiconductor component (10, 20) with:
a substrate (11, 21);
a semiconductor epitaxial layer (12, 22) on the substrate (11, 21) having an outer surface remote therefrom;
a first transparent conductive layer (1301, 2301) on the outer surface of the semiconductor epitaxial layer (12, 22), having a first surface;
a second transparent conductive layer (1302, 2302) on the first transparent conductive layer (1301, 2301), and having a second surface; and
a first connection (14, 24) on the second transparent conductive layer (1302, 2302) having a third surface;
wherein the area of the second surface is smaller than that of the first surface and at least one of the optical and electrical properties of the second transparent conductive layer (1302, 2302) is different from those of the first transparent conductive layer (1301, 2301); and
the area of the second surface being greater than that of the third surface,
wherein a thickness of the second transparent conductive layer (1302, 2302) is smaller than a surface roughness of the first transparent conductive layer (1301, 2301).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft ein Licht emittierendes Bauteil, genauer gesagt, ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit transparenten Mehrschichtelektroden.The invention relates to a light-emitting device, more specifically to a semiconductor light-emitting device having transparent multilayer electrodes.
Beschreibung der hintergrundbildenden TechnikDescription of the background art
Beim Konzipieren der Struktur einer Leuchtdiode (LED) bestand ein wichtiger Punkt darin, den Strom von einem Bondkontaktfleck zu einem pn-Übergang gleichmäßig zu verteilen, um eine bessere Lichtemissionseffizienz zu erzielen. Die bekannten Technologien, wie eine Halbleiterfensterschicht, ein transparenter, leitender Oxidfilm sowie eine strukturierte Elektrode, werden bereits dazu genutzt, die Stromausbreitungsfunktion zu fördern.When designing the structure of a light emitting diode (LED), an important point was to evenly distribute the current from a bonding pad to a pn junction to achieve better light emission efficiency. The well-known technologies, such as a semiconductor window layer, a transparent conductive oxide film and a patterned electrode, are already being used to promote the current spreading function.
Bei einer LED der AlGaInP-Reihe wird im Allgemeinen eine GaP-Fensterschicht verwendet. GaP zeigt eine Energiebandlücke (Eg) von 2,26 eV, und es ist für rotes, oranges, gelbes Licht sowie einen Teil des Spektrums grünen Lichts transparent, und es handelt sich um einen Halbleiter mit indirekter Bandlücke, der weniger Licht als ein Halbleiter mit direkter Bandlücke absorbiert. Eine GaP-Schicht ausreichender Dicke, wie von 2 µm - 39 µm, zeigt ein akzeptierbares Stromverteilvermögen, und je dicker die GaP-Fensterschicht ist, desto besser ist das erzielbare Stromverteilvermögen. Jedoch erfordert es viel Zeit, eine dickere Fensterschicht zu züchten und der Durchsatz ist verringert.In an AlGaInP series LED, a GaP window layer is generally used. GaP exhibits an energy band gap (Eg) of 2.26 eV and is transparent to red, orange, yellow light and part of the green light spectrum, and is an indirect band gap semiconductor that emits less light than a direct band gap absorbed. A GaP layer of sufficient thickness, such as from 2 µm - 39 µm, exhibits acceptable current handling capability, and the thicker the GaP window layer, the better the current handling capability that can be achieved. However, it takes much time to grow a thicker window layer and throughput is reduced.
Es werden auch transparente, leitende Oxide, wie ITO, CTO und InO dazu verwendet, das Stromverteilvermögen zu verbessern. Beispielsweise zeigt ITO im Wellenlängenbereich von 500 nm - 800 nm ein Transmissionsvermögen von 90 %, bei einem spezifischen Widerstand von 3 × 10-9 Ω·cm und einem Flächenwiderstand von 10 Ω/□. Allgemein gesagt, kann ein Chip geringer Größe mit einer ITO-Schicht von 0,1 um ~ 1 µm ein akzeptierbares Ergebnis bei der Stromverteilung liefern. Die erforderliche Dicke kann unter Verwendung eines bekannten Herstellverfahrens, wie Sputtern oder Elektronenstrahlverdampfung, innerhalb kurzer Zeit erzeugt werden. Jedoch zeigt ITO ebenfalls einen Mangel bei den Stromverteilerfordernissen, wenn die Fläche des Chips einer Leuchtdiode erhöht wird (beispielsweise Chipgröße ≥ 381 um × 381µm), sowie bei der Entwicklung eines rechteckigen Chips.Transparent conductive oxides such as ITO, CTO and InO are also used to improve current handling capability. For example, ITO shows a transmittance of 90% in the wavelength range from 500 nm to 800 nm, with a specific resistance of 3×10 -9 Ω·cm and a surface resistance of 10 Ω/□. Generally speaking, a small-sized chip with an ITO layer of 0.1 µm ~ 1 µm can provide an acceptable current distribution result. The required thickness can be produced in a short time using a known manufacturing method such as sputtering or electron beam evaporation. However, ITO also shows a lack of power distribution requirements when the area of a light emitting diode chip is increased (e.g. chip size ≥ 381 µm × 381 µm) as well as in the development of a rectangular chip.
Eine strukturierte Elektrode bildet einen anderen Weg, der häufig dazu verwendet wird, das Stromverteilvermögen anzuheben. Bei diesem Verfahren wird, um den Strom von der strukturierten Elektrode zum pn-Übergang gleichmäßig zu verteilen, die Elektrode so ausgebildet, dass sie sich von einer Verbindungsleitung aus nach außen erstreckt, es werden p- und n-Elektroden verkämmt, oder sie werden als Punkte, Gitter oder mit anderen Mustern ausgebildet. Um eine strukturierte Elektrode herzustellen, wird häufig eine Zusatzmenge an Elektrodenmaterial benötigt, um eine größere Fläche der Oberseite der Leuchtdiode zu bedecken. Darüber hinaus ist das bei der strukturierten Elektrode verwendete Material im Allgemeinen ein undurchsichtiges Metall, und demgemäß ist das Lichtemissionsvermögen stark beeinträchtigt.A patterned electrode is another route that is often used to increase current handling capability. In this method, in order to evenly distribute the current from the patterned electrode to the pn junction, the electrode is formed so as to extend outward from a connection line, p and n electrodes are intertwined, or they are formed as Dots, grids or formed with other patterns. In order to produce a structured electrode, an additional amount of electrode material is often required in order to cover a larger area of the top side of the light-emitting diode. In addition, the material used in the patterned electrode is generally an opaque metal, and accordingly the light emissivity is greatly deteriorated.
In der
In der
In der
Dokument
Die
Zusammenfassung der OffenbarungSummary of Revelation
Durch diese Anmeldung soll ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil geschaffen werden, das einen Strom so verteilen kann, dass die Lichtemissionseffizienz erhöht ist (technische Aufgabe) .This application aims to create a light-emitting semiconductor device that can distribute a current in such a way that the light-emitting efficiency is increased (technical problem).
Diese Aufgabe wird durch ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved by a light-emitting semiconductor component having the features of the main claim.
Figurenlistecharacter list
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1A zeigt einen Querschnitt durch eine Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.1A shows a cross section through a light-emitting diode according to an embodiment of the invention. -
1B zeigt eine Draufsicht der Leuchtdiode der1A .1B shows a top view of the light-emitting diode of FIG1A . -
2 zeigt einen Querschnitt durch eine Leuchtdiode gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.2 shows a cross section through a light-emitting diode according to another embodiment of the invention. -
3A und3B veranschaulichen Layouts der transparenten, leitenden Schicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.3A and3B -
4A und4B veranschaulichen Layouts der transparenten, leitenden Schicht gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.4A and4B -
5 veranschaulicht ein Layout der transparenten, leitenden Schicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.5 12 illustrates a layout of the transparent conductive layer according to another embodiment of the invention.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments
Die Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen beschrieben. Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff „Schicht“ soll eine Einzelschicht oder zwei oder mehr Schichten mit denselben oder verschiedenen Zusammensetzungsmaterialien bedeuten. Die Schichten können direkt oder indirekt verbunden sein.The embodiments of the invention are described with reference to drawings. The term "layer" as used in this specification is intended to mean a single layer or two or more layers of the same or different composition materials. The layers can be connected directly or indirectly.
Erste AusführungsformFirst embodiment
Wie es in der
Bei der Erfindung werden die erste transparente, leitende Schicht 1301 und die zweite transparente, leitende Schicht 1302 aufeinanderfolgend auf der Halbleiterepitaxieschicht 12 hergestellt. Die erste transparente, leitende Schicht 1301 bedeckt die gesamte Oberfläche der Halbleiterepitaxieschicht 12, oder einen Teil derselben. Die zweite transparente, leitende Schicht 1302 bedeckt einen Teil der Oberfläche der ersten transparenten, leitenden Schicht 1301, d.h., dass die zweite transparente, leitende Schicht 1302 kleiner als die erste transparente, leitende Schicht 1301 ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind nur zwei Schichten dargestellt, jedoch kann in einer nichterfindungsgemäßen beispielhaften Ausführungsform eine transparente, leitende Schicht mit mehr als zwei Flächenverkleinerungsschichten ausgebildet sein.In the invention, the first transparent
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die erste transparente, leitende Schicht 1301 und die zweite transparente, leitende Schicht 1302 aus demselben Material, jedoch mit verschiedenen elektrischen und/oder optischen Eigenschaften, oder die Zusammensetzungen oder Anteile von Elementen in den Materialien können voneinander verschieden sein, weswegen der spezifische Widerstand und das Transmissionsvermögen der ersten transparenten, leitenden Schicht 1301 größer sind als diejenigen der zweiten transparenten, leitenden Schicht 1302.In a preferred embodiment, the first transparent
Die zweite transparente, leitende Schicht 1302 verfügt über einen effektiven spezifischen Widerstand, der dazu ausreicht, einen Strom zur darunterliegenden ersten transparenten, leitenden Schicht 1301 mit größerer Fläche zu verteilen. Der Flächenwiderstand oder der spezifische Widerstand der ersten transparenten, leitenden Schicht 1301 ist größer als der der zweiten transparenten, leitenden Schicht 1302. Eine Funktion der zweiten transparenten, leitenden Schicht 1302 besteht darin, dafür zu sorgen, dass Strom bei einem geeigneten Transmissionsbereich zur entfernten Verbindung 14 fließt. Unter dieser Voraussetzung können die Materialzusammensetzung, die Dicke und das Layout der zweiten transparenten, leitenden Schicht 1302 an die Erfordernisse angepasst werden.The second transparent
Strom fließt durch die Verbindung 14 in die zweite transparente, leitende Schicht 1302, und dann fließt er durch diese in die erste transparente, leitende Schicht 1301, und anschließend fließt er durch diese in die Halbleiterepitaxieschicht 12. Durch die Kombination der zwei transparenten, leitenden Schichten kann der Strom nach außen fließen, und der Stromstaueffekt ist weiter gelindert. Aufgrund einer vollständigen fotoelektrischen Wandlung in der Lichtemissionsschicht 1202 kann ein effizienter Lichtemissionsbereich erzielt werden.Current flows through the
Die
Bei einer Ausführungsform bestehen sowohl die erste transparente, leitende Schicht 1301 als auch die zweite transparente, leitende Schicht 1302 aus ITO, während sich die Anteile mindestens eines der Elemente In, 0 und Sn in den zwei Schichten auf verschiedenen Werten befinden, oder die zwei ITO-Schichten werden unter verschiedenen Prozessbedingungen hergestellt, wobei beispielsweise die erste transparente, leitende Schicht 1301 durch Sputtern hergestellt wird und die zweite transparente, leitende Schicht 1302 durch Elektronenstrahlverdampfen hergestellt wird, oder umgekehrt. Vorzugsweise wird die erste transparente, leitende Schicht 1301 durch ITO mit einem höheren Transmissionsvermögen, wie über 90 %, 80 %, 70 % oder 60 %, hergestellt, und die zweite transparente, leitende Schicht 1302 wird durch ITO mit einem geringeren Transmissionsvermögen, wie unter 50 %, und einem kleineren spezifischen Widerstand hergestellt. Unter dieser Bedingung kann ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit geeignetem optischem und elektrischem Funktionsvermögen (wie den Werten des Transmissionsvermögens und des spezifischen Widerstands) erhalten werden.In one embodiment, both the first transparent
Bei einer Ausführungsform können die erste transparente, leitende Schicht 1301 und die zweite transparente, leitende Schicht 1302 auch aus ITO bzw. einem Metall wie Ni/Au oder Au hergestellt werden. Es ist besser, wenn das Metall eine Dicke zwischen 0,005 µm - 0,2 um aufweist, um eine Unterstützung sowohl für das Transmissionsvermögen als auch den spezifischen Widerstand auf geeignete Werte zu liefern. Bei der erfindungsgemä-ßen Ausführungsform ist die Dicke der zweiten transparenten, leitenden Schicht 1302 kleiner als die Oberflächenrauigkeit der ersten transparenten, leitenden Schicht 1301. Jedoch kann bei nicht erfindungsgemäßen Ausführungsformen die Dicke der zweiten transparenten, leitenden Schicht 1302 innerhalb der Herstelltoleranz größer als die Oberflächenrauigkeit der ersten transparenten, leitenden Schicht 1301 sein. Das dünne Metall zeigt einen kleineren spezifischen Widerstand als ITO, weswegen es dazu beitragen kann, den Strom innerhalb der ITO-Schicht zu verteilen, und es blendet eine kleinere Lichtmenge aus.In an embodiment, the first transparent
Bei einer Ausführungsform ist betreffend die erste transparente, leitende Schicht 1301 und die zweite transparente, leitende Schicht 1302 ein Teil oder die Gesamtheit mindestens einer dieser Schichten transparent oder verfügt über ein Transmissionsvermögen für Licht von der Lichtemissionsschicht 1202 von 50 % oder mehr, wobei die erste transparente, leitende Schicht 1301 ein höheres Transmissionsvermögen als die zweite transparente, leitende Schicht 1302 aufweist. Eine einzelne transparente, leitende Schicht kann auch aus zwei oder mehr Abschnitten mit verschiedenen Transmissionsvermögen bestehen. Die zweite transparente, leitende Schicht 1302 verfügt über einen niedrigeren spezifischen Widerstand, um ein besseres Stromaufteilvermögen zu erzielen, und sie sollte so wenig wie möglich Licht von der Lichtemissionsschicht 1202 absorbieren. Bei einer anderen nichterfindungsgemäßen beispielhaften Ausführungsform ist die Dicke der ersten transparenten, leitenden Schicht 1301, die ein höheres Transmissionsvermögen aufweist, größer als die der zweiten transparenten, leitenden Schicht 1302, die einen niedrigeren spezifischen Widerstand zeigt. Jedoch ist das Beispiel nicht auf die oben genannten Fälle beschränkt; die Dickenausbildung der zwei transparenten, leitenden Schichten hängt von der Charakteristik des verwendeten Materials ab.In one embodiment, regarding the first transparent
Bei den vorigen Ausführungsformen enthält das Material des Substrats 1, ohne Einschränkung hierauf, SiC, GaAs, AlGaAs, GaAsP, ZnSe, III-Nitrid (z.B. GaN), Saphir, Si und Glas. Die Materialien der Halbleiterschicht 1201 vom ersten Typ und der Halbleiterschicht 1203 vom zweiten Typ enthalten, ohne Einschränkung hierauf, die AlGaInP-Reihe und die Reihe von III-Nitriden. Die Struktur der Lichtemissionsschicht 1202 ist, ohne Einschränkung hierauf, eine einfache Heterostruktur (SH), eine Doppelheterostruktur (DH), eine zweiseitige Doppelheterostruktur (DDH), ein Einzelquantentrog (SQW) oder ein Mehrfachquantentrog (MQW).In the foregoing embodiments, the material of the substrate 1 includes, but is not limited to, SiC, GaAs, AlGaAs, GaAsP, ZnSe, III-nitride (eg, GaN), sapphire, Si, and glass. The materials of the semiconductor layer 1201 of the first type and the semi Second-
Das Material der ersten transparenten, leitenden Schicht 1301 enthält, ohne Einschränkung hierauf, ITO, IZO, ZnO, CTO, In2O3, SnO2, MgO, CdO und andere transparente Oxide. Das Material der zweiten transparenten, leitenden Schicht 1302 enthält, ohne Einschränkung hierauf, ITO, IZO, ZnO, CTO, In2O3, SnO2, MgO, CdO und andere transparente Oxide. Das Material der zweiten transparenten, leitenden Schicht 1302 enthält, ohne Einschränkung hierauf, Au, Ni, Ti, In, Pt, Al, Cr, Rh, Ir, Co, Zr, Hf, V, Nb, eine Legierung oder eine Schichtfolge der oben genannten Materialien sowie ein anderes Metall mit akzeptierbaren optischen und elektrischen Eigenschaften.The material of the first transparent
Zweite AusführungsformSecond embodiment
Gemäß der
Bei dieser Ausführungsform fließt ein von der ersten Verbindung 24 injizierter Strom als Erstes in die zweite transparente, leitende Schicht 2302 und dann durch diese in die erste transparente, leitende Schicht 2303, und er fließt weiter durch diese in die Halbleiterepitaxieschicht 22. Mit der Kombination der zwei transparenten, leitenden Schichten kann Strom nach außen flie-ßen, und die Lichtemissionseffizienz ist erhöht.In this embodiment, a current injected from the
Bei dieser Ausführungsform kann betreffend die im Licht emittierenden Halbleiterbauteil 20 verwendeten Materialien um die Beziehung zwischen der ersten transparenten, leitenden Schicht 2301 und der zweiten transparenten, leitenden Schicht 2302 auf die Beschreibung zur ersten Ausführungsform Bezug genommen werden. Ferner können auch hinsichtlich der zweiten Verbindung 25 und der Halbleiterschicht 2201 vom ersten Typ Strukturen und Designprinzipien eingeführt werden, die denen betreffend die erste transparente, leitende Schicht 2301 und die zweite transparente, leitende Schicht 2302 ähnlich sind, um das Stromverteilvermögen zu verbessern.In this embodiment, regarding the materials used in the semiconductor light-emitting
Die erste und die zweite transparente, leitende Schicht können die folgenden Modifizierungen aufweisen.The first and second transparent conductive layers may have the following modifications.
Dritte AusführungsformThird embodiment
Die
Bei der vorliegenden Ausführungsform verfügt die zweite transparente, leitende Schicht 1302 über ein Umgebungssegment 1304 und ein Kreuzsegment 1303. Wie es in der
Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht für das Umgebungssegment 1304 und das Kreuzsegment 1303 keine Einschränkung auf die in der Beschreibung beschriebene oder in den Zeichnungen dargestellte Größe. Das Umgebungssegment kann durch Segmente mit Vieleckformen ersetzt werden, wie dreieckig, viereckig, fünfeckig und sechseckig. Wie es in der
Das Kreuzsegment und das Umgebungssegment müssen über eine vorbestimmte Breite verfügen, um den Strom zu verteilen und nicht zu viel Licht zu absorbieren. Die Breiten des Umgebungssegments 1304 und des Kreuzsegments 1303 betragen jeweils zwischen 0,1 µm und 50 um, vorzugsweise weniger als 20 um. Die Dicken der zwei Segmente hängen von den verwendeten Materialien ab. Bei metallischem Material beträgt die Dicke zwischen 0,001 µm und 1 um, vorzugsweise zwischen 0,005 µm und 0,05 µm, um ein geeignetes Transmissionsvermögen aufrecht zu erhalten. Bei einem transparenten Oxid, z.B. ITO, kann das Segment dicker sein.The cross segment and the surrounding segment must have a predetermined width in order to spread the current and not absorb too much light. The widths of the surrounding
Die vorliegende Ausführungsform ist nur durch das Licht emittierende Halbleiterbauteil 10 in der
Vierte AusführungsformFourth embodiment
Wie es in der
Die zweite Verbindung 25 befindet sich an der Bodenfläche eines Grabens 26. Die Bodenfläche des Grabens 26 und die erste Verbindung 24 befinden sich jeweils an entgegengesetzten Seiten der Lichtemissionsschicht 2202, um einen elektrischen Pfad zu bilden. Der Graben 26 wird durch Ätzen ausgehend von irgendeiner Position der Halbleiterepitaxieschicht so hergestellt, dass die Tiefe der Lichtemissionsschicht überschritten wird. Der Ätzprozess wird durch chemisches oder physikalisches Ätzen ausgeführt.The
In der
Bei der vorliegenden Ausführungsform hängt die Bedeckungsfläche des Segments von der Größe des Licht emittierenden Halbleiterbauteils ab. Der Abstand zwischen den am engsten benachbarten Einzelsegmenten beträgt zwischen 1 µm und 500 µm. Die Segmentdicke beträgt zwischen 0,1 um und 50 µm. Die Dicke des Metallsegments beträgt zwischen 0,001 µm und 1 µm, vorzugsweise zwischen 0,005 µm und 0,05 um; die Dicke des ITO-Segments ist größer, z.B. 0,6 um oder mehr.In the present embodiment, the coverage area of the segment depends on the size of the semiconductor light-emitting device. The distance between the most closely adjacent individual segments is between 1 μm and 500 μm. The segment thickness is between 0.1 µm and 50 µm. The thickness of the metal segment is between 0.001 µm and 1 µm, preferably between 0.005 µm and 0.05 µm; the thickness of the ITO segment is larger, e.g., 0.6 µm or more.
Fünfte AusführungsformFifth embodiment
Wie es in der
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